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ISSN 0188-7297

Certificación ISO 9001:2008 ‡

Monitoreo Estructural del Acueducto de Querétaro durante la ampliación del Boulevard Bernardo Quintana

Saúl Enrique Crespo Sánchez Francisco Javier Carrión Viramontes

Juan Antonio Quintana Rodríguez Jorge Hernández Figueroa

Roberto Alvarado Cárdenas Daniel Rodríguez Naranjo

Héctor Miguel Gasca Zamora

Publicación Técnica No. 418 Sanfandila, Qro. 2014

SECRETARÍA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES

INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE

Monitoreo de los Arcos del Acueducto de

Querétaro durante la ampliación del Boulevard

Bernardo Quintana

Publicación Técnica No. 418 Sanfandila, Qro. 2014

i

El presente trabajo fue desarrollado por el Instituto Mexicano del Transporte bajo la supervisión del Dr. Francisco Carrión Viramontes, la dirección del M. en C. Saúl Enrique Crespo Sánchez, y la participación de los siguientes investigadores: Dr. Juan Antonio Quintana Rodríguez, Ing. Jorge Alberto Hernández Figueroa, el M. en C. Daniel Rodríguez Naranjo y el L. en I. Héctor Gasca Zamora.

Se reconoce la participación del M. en C. Roberto Alvarado Cárdenas en la gestión y vinculación del proyecto con el Gobierno del Estado de Querétaro.

Se agradece la colaboración del Dr. Manuel de Jesús Fabela Gallegos, el M en C. David Vázquez Vega, el M. en C. José Ricardo Hernández Jiménez, el M. en C Oscar Flores Centeno y el Dr. José Alfredo López López; así como, los valiosos comentarios del Dr. Miguel Martínez Madrid.

Así como de los asistentes de investigación: M. en C. Daniel Arceo, M. en C. Ricardo García Salas, Ing. Andrea Lascurain, Ing. Erick Duran Tinajero y el Ing. Miguel Sánchez Ojeda, como la participación del Tec. Mario Montes Zea.

Finalmente, se agradece al Gobierno del Estado de Querétaro y, en especial, a la Subsecretaría de Proyectos y Construcción de la Secretaría de Desarrollo Urbano y Obra Pública, por su valiosa colaboración y confianza que mostraron para el desarrollo del proyecto y para la realización de los análisis aquí presentados.

ii

Contenido

Resumen vii

Abstract ix

Resumen ejecutivo xi

Capítulo 1 Introducción 1

Capítulo 2 Diseño del sistema de monitoreo estructural 5

Capítulo 3 Instrumentación del acueducto 13

Capítulo 4 Monitoreo estructural del acueducto 23

Capítulo 5 Resultados 34

Capítulo 6 Conclusiones 38

Capítulo 7 Bibliografía 39

Apéndice A Criterios de indicadores de monitoreo para la seguridad estructural de acueducto durante el proceso constructivo del gran paso acueducto

41

iii

Índice de tablas y figuras

Fig. 1 Sistema de aseguramiento temporal del acueducto (SDUOP, Gobierno del Estado de Querétaro)

1

Fig. 2 Pilotes de confinamiento en pilares (SDUOP, Gobierno del Estado de Querétaro)

2

Fig. 3 Pilotes tangentes de contención y apoyo (SDUOP, Gobierno del Estado de Querétaro

3

Fig. 4 Pilotes de confinamiento en pilares (SDUOP, Gobierno del Estado de Querétaro)

3

Fig. 5 Pilotes de contención y de apoyo de cabezales (SDUOP, Gobierno del Estado de Querétaro)

4

Fig. 6 Esquema de instrumentación en primera etapa 5

Fig. 7 Esquema de instrumentación en segunda etapa 6

Fig. 8 Diagrama de conexión de los sensores empleados en primera etapa de instrumentación

7

Fig. 9 Acelerómetro piezoeléctrico CBM 2000 8

Fig. 10 Acondicionamiento de señal Kistler 5118B2 8

Fig. 12 Diagrama de conexión de los sensores empleados en segunda etapa de instrumentación

9

Fig. 13 Acelerómetro os7100 Micron Optics 10

Fig. 14 Extensómetro os3610 Micron Optics 10

Fig. 15 FBG-TI-310 Inclinómetro 11

Fig. 16 Interrogador sm130 Micron Optics 11

Fig. 17 Multiplexor sm041 Micron Optics 11

Tabla 1 Nomenclatura de los Sensores 13

Fig. 18 Acelerómetros CBM arco 26-27 14

Fig.19 Acelerómetros CBM arco 27-28 14

Fig. 20 Acelerómetros Crossbow en pila 26 15

Monitoreo de los Arcos del Acueducto de Querétaro durante las obras de ampliación del Boulevard Bernardo Quintana

iv




Fig. 24 Equipo de adquisición instalado en la cabina de monitoreo 16

Tabla 2 Acelerómetros instalados 16

Tabla 3 Inclinómetros instalados 17

Tabla 4 Extensómetros instalados 17

Fig. 25 Caja de empalme (interior) 18

Fig. 26 Cajas de empalme sobre el canal 18

Fig. 27 Acelerómetros instalados en el acueducto 19

Fig. 28 Extensómetros instalados en el acueducto 20

Fig. 29 Inclinómetros instalados en el acueducto 21

Fig. 30 Interrogador y multiplexor para fibra óptica instalados en caseta de monitoreo

22

Fig. 31 Adquisición de las señales 24

Fig. 32 Registros máximos diarios 25

Fig. 33 Semáforo de alarmas de seguridad estructural 25

Fig. 34 Interfaz de aplicación para la generación de reportes automáticos 26

Fig. 35 Deformaciones unitarias en extensómetros del centro de Arco durante 72 horas.

27

Fig. 36 Diagrama de flujo y operación de datos para la generación de los reportes

27

Fig. 37 Aplicación de reportes automáticos 28

Fig. 38 Red de datos en sitio de monitoreo 29

Fig. 39 Entrada a Página Web desarrollada 30

Fig. 40 Página principal 30

Índice de Tablas y Figuras

v

Fig. 41 Página con la información de los equipos 31

Fig. 42 Excavación de zanja para colocación de ducto de concreto en arco central

32

Fig. 43 Perforación en perímetro de pilas para el colado de micropilotes de concreto reforzado colado in situ

32

Fig. 44 Colado de micropilotes de concreto reforzado 33

Fig. 45 (a) Excavación en arco central. (b) Perforación en pilas, (c) Renivelación

34

Tabla 5 Aceleraciones registradas en eventos registrados durante la obra 35

Fig. 46 Magnitudes de aceleraciones máximas registradas 35

Fig. 47 Espectros frecuencia amplitud de datos de acelerómetro en arco central

36

Fig. 48 Gradientes de deformación entre sensores de deformación en centro de arcos.

37


vi

vii

Resumen

Ante los bajos niveles de servicio, alto flujo vehicular y pérdida de la capacidad vial

de la intersección del Boulevard Bernardo Quintana y Avenida de Los Arcos, en la

ciudad de Querétaro, la Secretaría de Desarrollo Urbano y Obras Públicas del

Gobierno del Estado planteó la ampliación de los túneles del Boulevard como la

alternativa para agilizar la movilidad vehicular de la zona. La materialización de

alguna solución debía considerar, necesariamente -y por requisitos del Instituto

Nacional de Antropología e Historia (INAH)-, la preservación del acueducto de

Querétaro, monumento histórico patrimonio cultural que, por estudios previos,

había mostrado ser susceptible a cualquier intervención en la zona circundante.

Finalmente, como el proyecto propuesto involucraba trabajos de recimentación y

demolición, para garantizar la integridad del acueducto, las autoridades estatales

requirieron de un sistema de monitoreo estructural (SHM) que evaluara el

comportamiento dinámico de los arcos y midiera el impacto de las obras en sus

diferentes etapas para prevenir condiciones de excesiva vibración o detectar

situaciones que pusieran en riesgo su integridad estructural. El sistema SHM fue

diseñado en una configuración híbrida que incluyó acelerómetros piezoeléctricos y

capacitivos, así como instrumentación basada en sensores de fibra óptica tipo

FBG para medir inclinaciones, deformaciones, aceleración y temperatura. El

monitoreo estructural se realizó durante 5 meses en 5 etapas y el sistema fue

diseñado con un sub-sistema de alarmas para, en caso de detección de

condiciones críticas, avisar a los responsables de la obra para implementar

acciones correctivas. Este sistema incluyó, además, el análisis de vibraciones y

del comportamiento del monumento, para determinar el efecto de los cambios

generados por la obra civil en el sistema estructural del acueducto. El sistema

mostró su efectividad y utilidad, particularmente en 5 ocasiones en que los niveles

de vibración fueron excesivos y originaron modificaciones al plan de trabajo.

Palabras clave

Monitoreo estructural, evaluación de monumentos históricos, análisis estructural


viii

ix

Abstract

Due to the low service levels, high traffic and loss of capacity at the intersection of

Bernardo Quintana Boulevard and Los Arcos Avenue, in the City of Queretaro, the

Urban Development and Public Works Ministry of the state, proposed the

expansion of the tunnels of the Boulevard as a solution to increase vehicular

mobility in the area. The realization of any solution should consider, necessarily

and by requirement of the National Institute of Anthropology and History (INAH),

the preservation of the Aqueduct of Queretaro, historic monument and cultural

heritage that, from previous studies, it was demonstrated to be very sensitive to

any kind of intervention in the surroundings. At the end, the planned project

involved works in the foundations and demolition, to warranty the Aqueduct

integrity, the state authorities required a structural health monitoring system (SHM)

to evaluate the dynamic behavior of the arches and to measure the work’s impact

during its different stages, this to prevent extreme conditions that could jeopardize

their structural integrity. The SHM system was designed in a hybrid configuration

that included piezoelectric and capacitive accelerometers, as well as

instrumentation based on fiber optics FBG sensors tor tilt, strain, acceleration and

temperature measurements. The Structural monitoring was performed during 5

months for 5 different stages and the system was designed with an alarm sub-

system to, when critical conditions were detected, to warn those responsible for the

work and to implement corrective actions. This system also included the vibration

and structural behavior of the monument to determine the effects on the aqueduct

structure due to the changes from to the project. The SHM system demonstrated

its effectiveness and usefulness, specially in 5 occasions when vibration limits

were excessive and originated changes in the work plan.

Keywords

Structural Monitoring, Heritage structures evaluation, structural analysis


x

xi

Resumen ejecutivo

Muchos movimientos de tierras, como son la colocación de pilotes, la compactación vibratoria de masas de suelo, y en general, el movimiento de maquinaria pesada de construcción, produce vibraciones que pueden ser transmitidas a las estructuras de suelo cercanas. Es debido a estas vibraciones y a las fuerzas dinámicas resultantes que puede producirse daño en los sistemas estructurales y por ello, es que en el diseño y la planificación de las actividades de una obra civil se evalúe el efecto potencial de estas vibraciones en las estructuras adyacentes y moderar la vibración con el fin de minimizar los efectos sobre las estructuras. Los efectos de la vibración inducida por maquinaria de construcción, depende de factores como la intensidad de la fuente de vibración, las diferencias en la estructura del suelo entre la fuente y el sistema estructural, la calidad de la cimentación y en general, de la calidad de los materiales de construcción (Lubej, 2010). En sistemas estructurales que forman parte de edificios históricos, la evaluación de la respuesta dinámica merece un análisis cuidadoso, porque cargas frecuentes pueden aumentar la vulnerabilidad estructural de los elementos dañados y/o deteriorados. Por ejemplo, en edificios históricos construidos a base de mampostería de piedra antigua, la vibración con un elevado número de ciclos lleva a una reducción de la resistencia de la mampostería debido al deterioro del mortero, causando así, desprendimientos. Debido a esto, la evaluación de sistemas estructurales históricos sujetos a cargas dinámicas moderadas, resulta una exigencia de gran importancia (Monti, 2010).

Para la conservación de las estructuras históricas es cada vez más necesario comprender los procesos de deterioro causados por el ambiente o por las condiciones de carga. En algunos casos, se han implementado sistemas de monitoreo estructural continuo para obtener información acerca de los procesos de deterioro estructural en estos sistemas (Grosse, 2010)

La correcta implementación de estos sistemas ha mostrado ser una herramienta eficaz en la detección de condiciones indeseables, en la evaluación estructural y en la detección de daño en las estructuras de países que albergan recintos históricos y que forman parte del patrimonio cultural de la humanidad, ejemplos de ello son el Coliseo romano (Monti, 2010), sistemas estructurales de iglesias bizantinas griegas del Siglo XI al XIX (Manos, 2010) y templos en Bélgica (Verstrynge, 2010), Francia (Piot, 2010) e Italia (Cimellaro, 2013).

En México, se han realizado algunos trabajos de rehabilitación en la Catedral y el Palacio Nacional de la Ciudad de México, en los cuales se llevó a cabo el monitoreo de algunas variables como asentamientos y aceleraciones durante las obras de rehabilitación, esto para garantizar la integridad estructural durante las intervenciones, siendo éstas a largo plazo (Rivera, et al. 2008; Santoyo, 1999).


xii

Ante la necesidad de ampliar la capacidad de tránsito en el Boulevard Bernardo

Quintana en la ciudad de Santiago de Querétaro, Querétaro, la Secretaría de

Desarrollo Urbano y Obras Públicas del Estado de Querétaro inició en agosto del

año 2012, la obra para ampliar la capacidad de 2 a 3 carriles en los túneles

centrales de Bernardo Quintana, a la altura del cruce con Av. Los Arcos. Esta

obra, por su naturaleza misma y fundamentada en estudios previos, propuso una

serie de acciones para asegurar la cimentación de las pilas de los arcos del

acueducto de Querétaro para no comprometer su integridad durante dichos

trabajos de ampliación.

El proyecto propuesto involucró trabajos de recimentación y demolición. Para

garantizar la integridad del acueducto las autoridades estatales requirieron de un

sistema de monitoreo estructural (SHM) que evaluara el comportamiento dinámico

de los arcos y midiera el impacto de las obras en sus diferentes etapas para

prevenir condiciones de excesiva vibración o detectar situaciones que pusieran en

riesgo su integridad estructural. El sistema SHM fue diseñado en una

configuración híbrida que incluyó acelerómetros piezoeléctricos y capacitivos, así

como instrumentación basada en sensores de fibra óptica tipo FBG para medir

inclinaciones, deformaciones, aceleración y temperatura. El monitoreo estructural

se realizó durante 5 meses en 5 etapas y el sistema fue diseñado con un sub-

sistema de alarmas para, en caso de detección de condiciones críticas, avisar a

los responsables de la obra para implementar acciones correctivas.

El sistema mostró su efectividad y utilidad, particularmente en 5 ocasiones en que los niveles de vibración fueron excesivos y originaron modificaciones al plan de trabajo.

1

1 Introducción

La intersección del Boulevard Bernardo Quintana con la Calzada de los Arcos

presentaba diversos problemas, entre los que se encontraban: bajos niveles de

servicio, movimientos saturados, alto flujo vehicular, disminución de la capacidad

vial debido a la reducción de carriles en la intersección y una amplia demanda

vehicular, entre otros. Al respecto la Secretaría de Desarrollo Urbano y Obras

Públicas del Gobierno del Estado de Querétaro planteó algunas alternativas de

solución, entre las que barajeaban la creación de nuevos túneles en arcos

adyacentes, la creación de un nuevo paso a desnivel en el arco central y la

ampliación de los túneles existentes. Después de analizar estas opciones, se optó

por la ampliación de los túneles existentes como la alternativa de solución que

permitiría agilizar la movilidad vehicular de la zona.

Figura 1. Sistema de aseguramiento temporal del acueducto (SDUOP,

Gobierno del Estado de Querétaro)

13.00 3.36 3.36 13.00

16.36

3.36 3.36 13.00 3.36

16.3616.36

0.65

8.95

4.52

1.02 8.94

4.62

1.00

Carriles a México Carriles a San Luis Potosi

3.36 13.00 13.00 13.00 13.00 3.36 13.00 3.36

16.36 16.36 16.36 16.36 16.36

8.35

7.23

3.77

1.05

16.45

8.35

30°3.25

Ver detalle 1

Colgadores

de acero

Yugo de acero

en alzado

Trayectoria de tensores


2

Para la materialización de esta alternativa de solución, se comenzaron ciertas

obras sobre la zona. Se inició con la remoción de masa vegetal y la reubicación de

las líneas eléctricas, la consolidación preventiva del acueducto, la instalación del

equipo de monitoreo, la construcción del dren cuesta china y el aseguramiento

estructural del acueducto. Esta última actividad consistió en la colocación de un

sistema auxiliar de tensores y arneses horizontales y verticales, los cuales

proporcionarían rigidez a la zona de la arcada (Figura 1)

Dado que la solución propuesta fue la ampliación de los túneles existentes, esto

conllevó a una serie de acciones para la realización de este objetivo. La solución

involucraba la recimentación de las pilas y zonas adyacentes a los túneles, debido

a que para la ampliación de los carriles es necesario demoler los muros de

contención de los túneles. Para llevar a cabo la recimentación se construyeron

pilas de confinamiento de la base de los pilares del acueducto (Figura 2).

Figura 2. Pilotes de confinamiento en pilares (SDUOP, Gobierno del Estado

de Querétaro)

OE

1.0

2.0

1.0

PILAR 29 PILAR 28 PILAR 27 PILAR 26

CORTE A-A

12.4015.10

7.80

10.80

Introducción

3

Adicionalmente a estos micropilotes, se construyeron pilas tangentes de

contención de 50 cm de diámetro y pilas de apoyo de cabezales de 60 cm de

diámetro para la construcción de los puentes de la Calzada de los Arcos (Figura

3).

Figura 3. Pilotes tangentes de contención y apoyo (SDUOP, Gobierno del

Estado de Querétaro)

El proceso constructivo inició con las perforaciones de los pilotes perimetrales en

las pilas del acueducto para su posterior armado y colado in situ (Figura 4).

Figura 4. Pilotes de confinamiento en pilares (SDUOP, Gobierno del Estado

de Querétaro)

CORTE

Col 29

S N

12.0

0

BDE APOYO DE CABEZALESPILAS ESTRUCTURALES

CORTINA


4

Posteriormente se construyeron las pilas de contención y las pilas de apoyos de

los cabezales. En la Figura 5 se muestra una virtualización de estos trabajos.

Figura 5. Pilotes de contención y de apoyo de cabezales (SDUOP, Gobierno

del Estado de Querétaro)

Derivado de un estudio experimental de vibraciones que se realizó en el año de

2010, se encontró que el comportamiento dinámico estructural de los arcos del

acueducto de Querétaro depende fuertemente de las vibraciones externas que

ocasiona el tránsito vehicular. Con fundamento en estos estudios, se encontró que

la estructura tiene un comportamiento no lineal, fuertemente influenciado por

factores ambientales (temperatura y humedad) y por la interacción cimentación-

suelo. Todo ello fue corroborado por el estudio mediante el cual se realizaron

mediciones por 24 horas y se elaboró un modelo de simulación por elementos

finitos calibrado y que fue utilizado para analizar los modos de vibrar y el efecto de

las condiciones de frontera definidas por el tipo de suelo.

Ante la necesidad de ampliar la capacidad de tránsito en el Boulevard Bernardo

Quintana, la Secretaría de Desarrollo Urbano y Obras Públicas del Estado de

Querétaro inició en agosto de este año 2012, la obra para ampliar la capacidad de

2 a 3 carriles en los túneles centrales de Bernardo Quintana, a la altura del cruce

con Av. Los Arcos. Esta obra, por su naturaleza misma y fundamentada en

estudios previos, propuso una serie de acciones para asegurar la cimentación de

las pilas de los arcos del acueducto de Querétaro para no comprometer su

integridad durante dichos trabajos de ampliación. En forma complementaria, se

consideró instalar un sistema de monitoreo para evaluar el comportamiento

dinámico de los arcos y medir el impacto de las obras en sus diferentes etapas

para prevenir condiciones de excesiva vibración o detectar situaciones que

pusieran en riesgo la integridad del monumento histórico de Querétaro.

5

2 Diseño del sistema de monitoreo estructural

El sistema de monitoreo se diseñó teniendo en cuenta tres objetivos

fundamentales, que son los siguientes:

Durante la obra de ampliación vial, medir el nivel de vibraciones en los

puntos críticos de la estructura de los arcos de Querétaro.

Advertir, mediante alarmas, la ocurrencia de condiciones de riesgo por

niveles excesivos de vibraciones y, de ahí, poder considerar posibles

modificaciones en los procesos o programas constructivos.

Evaluar en el mediano plazo, mediante indicadores de condición

estructural, la evolución de la estructura durante y después de la obra

de ampliación y remodelación vial.

Considerando la instrumentación disponible y los tiempos para su instalación, el

monitoreo de los arcos fue planeado en dos etapas:

1ª Etapa. Apoyada en un sistema de instrumentación principal, para cumplir

con los dos primeros objetivos principales y fundamentales de evaluación y

advertencia por las vibraciones inducidas por la obra de construcción,

desde su inicio hasta su conclusión.

Figura 6. Esquema de instrumentación en primera etapa


6

2ª Etapa. Con base en el sistema principal y la integración del sistema de

monitoreo complementario, para evaluar la evolución variables asociadas

con los parámetros estructurales de los arcos (frecuencias de vibración,

inclinación y deformaciones) y, con ello, identificar variaciones o tendencias

que pudieran estar asociadas con algún tipo de efecto evolutivo, deterioro o

daño que la obra de ampliación pudiera inducir (indicadores de la condición

estructural), como pueden ser posibles asentamientos del suelo o el

crecimiento de los agrietamientos en la estructura.

Figura 7. Esquema de instrumentación en segunda etapa

La estrategia de la primera etapa se diseñó considerando un sistema de

instrumentación que ya fue validado y se encontraba en estado operativo, lo cual

era indispensable para atender de forma inmediata las necesidades de monitoreo

y considerando el inicio de la obra de ampliación y, en particular, la colocación del

drenaje bajo el arco central. En esta etapa se colocaron 12 acelerómetros

piezoeléctricos y capacitivos de alta sensibilidad, para medir vibraciones en los

puntos críticos de la estructura de los arcos.

Diseño del Sistema de Monitoreo Estructural

7

La configuración de conexión para la adquisición de señales constó de un

multiplexor (National Instruments modelo BNC-2090), el cual recaba las señales

para que la tarjeta de adquisición (National Instruments modelo DAQCard-6062E)

las interprete y, por medio de la plataforma desarrollada, se almacenen y procesen

(Figura 8).

PC Adquisición y procesamiento de señales

Multiplexor

Acondicionamiento de Señal Kistler

Acondicionamient de Señal Kistler



Acelerometro AyCBM 2000



Acelerometro AzCBM 2000

Acelerometro ByCBM 2000

Acelerometro BzCBM 2000

Acelerometro CyCBM 2000

Acelerometro CzCBM 2000

Acelerometro P1yCrossbow

Acelerometro P1xCrossbow







Acelerometro DyCrossbow

Acelerometro AlphaYCrossbow

DAQ

Señal Eléctrica Acondicionada

Datos

Señal Eléctrica

Bocina de a la rma

Figura 8. Diagrama de conexión de los sensores empleados en primera etapa

de instrumentación

Los sensores piezoeléctricos empleados en esta etapa son de la marca

Vibrametrics, modelo CBM 2000 (9) están diseñados para ser usados en

estructuras al aire libre. Este acelerómetro cuenta con una alta sensibilidad de

1500 mV/g midiendo la aceleración en un solo sentido dentro de un rango de ±3g.


8

Figura 9. Acelerómetro piezoeléctrico CBM 2000

El acondicionador de señal Kistler 5118B2 (Figura 10. Acondicionador de señal

Kistler 5118B2) proporciona la corriente de excitación constante requerida por los

sensores Vibrametrics CBM 2000. La alimentación del sensor es suministrado por

el mismo cable de dos hilos que proporciona la señal de salida de baja

impedancia.

Figura 10. Acondicionador de señal Kistler 5118B2

El otro conjunto de acelerómetros son capacitivos de la marca Crossbow, modelo

CXL01LF1 (Figura 11), de un solo eje de precisión. Las aplicaciones comunes

incluyen instrumentación, análisis modal y las medidas de orientación. El

acelerómetro opera a 5 VDC o 6-30 VDC de alimentación no regulada con la

opción-R. El sensor proporciona una salida de señal directa la cual no requiere

acondicionamiento de señal externo y es sencilla su conexión a los sistemas de

adquisición de datos estándar midiendo en un rango de ±1g con una sensibilidad

de 2 V/g.


9

Figura 11. Acelerómetro capacitivo Crossbow CXL01LF14

La segunda etapa se consideró para complementar la instrumentación y poder

cumplir con el tercer objetivo de monitoreo a través de indicadores de la condición

estructural de los arcos que permitan evaluar el comportamiento estructural del

monumento con el tiempo e identificar algún tipo de efecto no deseado. Para esto,

se consideró una plataforma basada en sensores de fibra óptica tipo FBG, que

incluye 16 acelerómetros, 15 extensómetros y 8 inclinómetros.

Al igual que el sistema de adquisición de la primera etapa, se instaló dentro de la

cabina de monitoreo el interrogador y multiplexor, teniendo las conexiones de los

ocho canales según el diagrama de instrumentación (Figura 12).

Figura 12. Diagrama de conexión de los sensores empleados en segunda

etapa de instrumentación


10

Los acelerómetros de fibra óptica instalados (Figura 13. Acelerómetro os7100

Micron Optics) son acelerómetros basados en la tecnología FBG de la marca

Micron Optics. Están optimizados para grandes estructuras y mediciones a largo

plazo, con cuerpo metálico resistente, sellado y cables blindados son ideales para

instalaciones al aire libre en estructuras expuestas. Son sensores con una

sensibilidad de ~16pm/g trabajando en un rango de temperatura de -40 a 80 °C.

Figura 13. Acelerómetro os7100 Micron Optics

Los extensómetros instalados (

Figura 14. Extensómetro os3610 Micron Optics) permiten la medición de

deformación longitudinal que a su vez tiene una integración de compensación por

temperatura. Están basados en la tecnología de rejilla de Bragg (FBG). El uso de

este sensor es exclusivamente para un montaje superficial, ya que en sus

extremos está unido a la estructura por medio de soportes rígidos que se pueden

soldar, atornillar o pegar con material epóxico. Su configuración de diseño lo hace

adecuado para exteriores y entornos hostiles. Dos FBGs están bien protegidos

dentro del cuerpo; uno mide la deformación y el otro proporciona la compensación

de temperatura. Estos sensores cuentan con una sensibilidad de ~1.2pm/µƐ y

22pm/°C, trabajando en un rango de temperatura de -40 a 80 °C teniendo como

límite 5000 µƐ.

Figura 14. Extensómetro os3610 Micron Optics

Por otro lado, los inclinómetros empleados en la instrumentación (Figura 15. FBG-

TI-310 ) son sensores de inclinación que puede medir la variación del ángulo de

una estructura con una precisión muy alta, cuentan con una compensación de

temperatura integrada. La medición de la variación del ángulo es sólo alrededor


11

de un eje. El rango de operación es de ±3 grados teniendo una sensibilidad ~450

pm/grado trabajando en un rango de temperatura de -20 a 80°c.

Figura 15. FBG-TI-310 Inclinómetro

Por último, el sistema de adquisición consistió en un interrogador de detección óptica (

Figura 16. Interrogador sm130 Micron Optics), el cual tiene un alto poder y

velocidad de barrido de longitud de onda del láser. El núcleo interrogador emplea

detección de picos hardware de alta velocidad, optimizado para la adquisición

rápida de datos de muchos sensores FBG simultáneamente. Todos los ajustes del

módulo, los cálculos del sensor, visualización de datos, almacenamiento y tareas

se ejecutan en un PC externo. El interrogador cuenta con 4 canales ópticos con

una frecuencia de escaneo de 1KHz trabajando dentro de un rango de longitud de

onda de 1510 a 1590 nm.

Figura 16. Interrogador sm130 Micron Optics

Para la conexión de más de 4 canales ópticos se requirió utilizar en multiplexor

óptico (sm041 de Micron Optics). Éste permite conectar hasta 16 canales ópticos,

particularmente el modelo sm041 (


12

Figura 17. Multiplexor sm041 Micron Optics) sólo es compatible con el

interrogador sm130.

Figura 17. Multiplexor sm041 Micron Optics

13

3 Instrumentación del acueducto

Como se mencionó, la primera etapa de instrumentación consistió en un sistema

de instrumentación principal, para medir el nivel de vibraciones en los puntos

críticos de la estructura de los arcos de Querétaro y así advertir, mediante

alarmas, la ocurrencia de condiciones de riesgo por niveles excesivos de

vibraciones inducidas por la obra de construcción, desde su inicio hasta su

conclusión.

En esta etapa, se colocaron 12 acelerómetros; 6 piezoeléctricos y 6 capacitivos de

alta sensibilidad, para medir vibraciones en los puntos críticos de la estructura de

los arcos.

La nomenclatura elegida para los acelerómetros capacitivos (Crossbow),

colocados sobre las pilas, está compuesta por tres caracteres, los dos primeros

indican el número de la pila del acueducto donde se encontraba colocado el

sensor en cuestión y el último carácter muestra la dirección del eje de medición del

mismo.

Por otra parte la nomenclatura de los acelerómetros piezoeléctricos (Vibra Metrics)

está compuesta por dos caracteres, el primero una letra mayúscula A, B y C y el

siguiente carácter una letra minúscula que indica la dirección del eje en la que el

sensor mide.

En la siguiente tabla se muestra la identificación de los sensores instalados en

esta etapa, su posición física en el acueducto y el canal en el que fueron

configurados.


14

Canal Nomenclatura Marca Modelo Ubicación

Canal 0 Ay Vibra Metrics CBM2000 Sobre Arco 26-27

Canal 1 Az Vibra Metrics CBM2000 Sobre Arco 26-27

Canal 2 By Vibra Metrics CBM2000 Sobre Arco 27-28

Canal 3 Bz Vibra Metrics CBM2000 Sobre Arco 27-28

Canal 4 Cy Vibra Metrics CBM2000 Sobre Arco 28-29

Canal 5 Cz Vibra Metrics CBM2000 Sobre Arco 28-29

Canal 6 P1y Crossbow CXL01LF1 En Pila 26

Canal 7 P2x Crossbow CXL01LF1 En Pila 27





Canal 12 Dy Crossbow CXL02LF1 Sobre Arco 29-30



Canal 15 AlphaY Crossbow CXL02LF1 Sobre Arco 25-26

Tabla 1. Nomenclatura de los sensores

Para la comunicación de los sensores con el módulo de adquisición de datos

(DAQ) se requirió armar arneses. Seis de los arneses corresponden a cada uno

de los cables para los acelerómetros marca VibraMetrics, estos arneses se

fabricaron utilizando cable RG 58 a/u. En el caso de los arneses para los sensores

marca Crossbow se decidió utilizar cable de 6 hilos.

La colocación final de los sensores piezoeléctricos en los arcos puede verse en la

Figura 18 y Figura 19. Los cables fueron protegidos con manguera y el sensor fue

fijado con tornillos a una base metálica que a su vez está pegada con material

epóxico al monumento; quedando en pares y midiendo en el eje Y y Z según el

plano de instrumentación.

Instrumentación del Acueducto

15

Figura 18. Acelerómetros CBM arco

26-27

Figura 19. Acelerómetros CBM arco 27-

28

Los sensores se colocaron según la Figura 9 sobre las pilas de los arcos

colocados según el eje de medición deseado fijados a una base con material

epóxico. En las figuras 20 al 23 se muestra la colocación de estos sensores en el

monumento.

Todo el equipo de adquisición de señales se montó dentro de una cabina móvil

para tener la adquisición continua las 24 horas y además proteger el equipo. En la

Figura 24 se muestra el equipo instalado y funcionando, teniendo una PC

conectada al multiplexor que en el cual se conectan todos los arneses de los

sensores para registrar su señal.


16

Figura 20. Acelerómetros Crossbow

en pila 26

Figura 21. Acelerómetros Crossbow en

pila 27

Figura 22. Acelerómetros Crossbow

en pila 28

Figura 23. Acelerómetros Crossbow en

pila 29

Por otro lado, se realizó la instalación del sistema de monitoreo complementario,

con el cual se evaluó la evolución de variables asociadas con los parámetros

estructurales de los arcos (frecuencias de vibración, inclinación y deformaciones),

para ello se instalaron 16 acelerómetros de fibra óptica, 8 inclinómetros y 15

extensómetros de fibra.


17

Figura 24. Equipo de adquisición instalado en la cabina de monitoreo

La instalación de los sensores en el monumento de los arcos requirió que se

fabricaron bases metálicas para cada sensor y fijarlas con resina epóxica. Al igual

que los sensores de la primera etapa se instalaron de manera estratégica en

puntos clave del monumento como se muestra en el diagrama de instrumentación

(Figura 7).

La identificación de los sensores de la segunda etapa quedo de la siguiente manera:

Tabla 2. Acelerómetros instalados

Tipo Nomenclatura Marca Modelo Ubicación

Acelerómetro S1 Micron Optics Os7100 Arco 29-30

Acelerómetro S2 Micron Optics Os7100 Pila 28







Acelerómetro S9 Micron Optics Os7100 Arco 25-26









18

Tabla 3. Inclinómetros instalados


Inclinómetro S17 FBG FBG-TI-310 Pila 29








Tabla 4. Extensómetros instalados


Extensómetro S25 Micron Optics Os3610 Arco 29-30





Extensómetro S30 Micron Optics Os3610 Canal del arco 27-

28










Para la conexión de los sensores al equipo de adquisición de datos se colocó un

cable troncal de 12 fibras a lo largo canal del acueducto desde la pila 26 hasta la

cabina de monitoreo. Como se muestra en el diagrama de instrumentación (Figura

7), se requirió dividir los sensores en diferentes canales que estos se conectaban


19

al cable troncal en cajas de empalme como la de la Figura 27 y Figura 28 todos los

sensores.

Figura 25. Caja de empalme (interior)

Figura 26. Cajas de empalme sobre el canal

Los acelerómetros de fibra óptica se instalaron en arreglos uniaxiales y triaxiales

(Figura 27), ambos arreglos utilizando la misma base y fueron fijados con material

epóxico al acueducto. Todo el tendido de los cables de fibra óptica requirió la

instalación de armellas como soporte además de protegerse con manguera con el

objeto de reducir el desgaste a la intemperie.

a) Acelerómetro en arco 29-30, arreglo uniaxial

b) Acelerómetro en arco 25-26, arreglo uniaxial


20

c) Acelerómetros en pila 29, arreglo triaxial

d) Acelerómetros en pila 28, arreglo triaxial

e) Acelerómetros en pila 27, arreglo triaxial

f) Acelerómetros en pila 26, arreglo triaxial

Figura 27. Acelerómetros instalados en el acueducto

Los extensómetros de fibra óptica fueron colocados de acuerdo al plano de

instrumentación a los centros de claro y a un cuarto del claro total de los arcos del

acueducto (Figura 28), esto con el fin de medir las deformaciones unitarias en

estos puntos y visualizar así la distribución de deformaciones en los arcos

intervenidos.

a) Extensómetro en arco 25-26

b) Extensómetro en arco 26-27

c) Extensómetro en arco 26-27


21

d) Extensómetro en arco 26-27

e) Extensómetro en arco 27-28

f) Extensómetro en arco 27-28

g) Extensómetro en arco 27-28

h) Extensómetro en arco 28-29

i) Extensómetro en arco 28-29

j) Extensómetro en arco 28-29

k) Extensómetro en arco 29-30

l) Extensómetro en canal del arco 27-28

Figura 28. Extensómetros instalados en el acueducto

Los inclinómetros (Figura 29) se colocaron en pares en las cuatro pilas de los

arcos del acueducto que fueron intervenidos, su colocación hace posible medir la

rotación alrededor de los ejes X y Y, según la referencia del plano de

instrumentación. Al igual que los demás sensores se fabricaron bases metálicas

para su fijación con resina epóxica al monumento.


22

a) Inclinómetros en pila 26

b) Inclinómetros en pila 27

c) Inclinómetros en pila 28

d) Inclinómetros en pila 29

Figura 29. Inclinómetros instalados en el acueducto

Al igual que el sistema de adquisición de la primera etapa, se instaló dentro de la

cabina de monitoreo el interrogador y multiplexor (Figura 30), teniendo las

conexiones de los ocho canales según el diagrama de instrumentación.


23

Figura 30. Interrogador y multiplexor para fibra óptica instalados en caseta de monitoreo


24

25

4 Monitoreo estructural del acueducto

El planteamiento de los esquemas de monitoreo estructural y la planeación de las

estrategias de actuación en caso de algún comportamiento atípico de la estructura

del acueducto fueron diseñadas siguiendo los requerimientos establecidos por el

Comité de Monitoreo, el cual fue conformado por la Secretaría de Desarrollo

Urbano y Obras Públicas del Gobierno del Estado de Querétaro.

El apendice A, (Criterios de indicadores de monitoreo para la seguridad estructural

de acueducto durante el proceso constructivo del gran paso acueducto), hace

referencia a los criterios establecidos por la Secretaría de Desarrollo Urbano y

Obras Públicas del Gobierno del Estado de Querétaro.

Siguiendo los criterios establecidos y considerando que las obras se realizaban

durante las 24 horas del día, el monitoreo estructural planteado fue continuo, en

tiempo real y de respuesta inmediata. Para ello, se diseñó una plataforma que

permitiera monitorear las señales de cada uno de los sensores instalados y

analizarlas para brindar mayor información acerca de los fenómenos registrados

durante la obra civil.

La plataforma desarrollada debió cumplir con los siguientes objetivos:

Adquisición de señales

Registro de las señales

Post-procesamiento de señales

Alarmas de seguridad estructural

Generación de reportes automáticos

Brindar enlace de datos para página Web

Monitoreo a distancia

Como se mencionó anteriormente, de acuerdo a las etapas de instrumentación se

emplearon dos tipos de tecnología. Para la primera etapa se utilizaron

acelerómetros piezoeléctricos y capacitivos con una alta sensibilidad para la

detección inmediata de aceleraciones que pudieran sobrepasar los valores

máximos establecidos. La adquisición de las señales de esta primera etapa se

hizo a través de una tarjeta de adquisición de datos NI PCI-6071E, siendo


26

LabView el software de interpretación y la plataforma desde la cual se generaron

las aplicaciones.

En la figura 34, se muestra la interfaz desarrollada para la adquisición y

visualización de las señales de estos sensores, las señales fueron agrupadas en

dos ventanas, en una de ellas, se muestran los sensores instalados en los centros

de claros de los arcos (piezoeléctricos) y en otra, aquellos ubicados en la parte

superior de las pilas (capacitivos), dejando otras dos ventanas adicionales para la

elección personalizada de los sensores de interés.

Figura 31. Adquisición de las señales

Debido a la gran cantidad de información almacenada, se planteó guardar la

información en archivos que contuvieran cinco minutos de adquisición para

analizarlos con facilidad. Con estos registros, adicionalmente a las ventanas de

visualización de las señales se programaron gráficos para visualizar el historial del

día (24 horas) y visualizar fácilmente las horas del día en las que se presentaron

registros máximos, la Figura 35 muestra esta opción dentro de la interfaz

diseñada.

Monitoreo Estructural del Acueducto

27

Figura 32. Registros máximos diarios

Para el cumplimiento de los protocolos de actuación establecidos por el comité, se

estableció en la interfaz desarrollada un semáforo que simboliza los estados

señalados en los criterios, el cual se activa de manera gráfica y sonora alertando

la ocurrencia de un evento extraordinario que sobrepase los valores máximos

realizando un escaneo automático y continuo sobre los registros de las señales.

Figura 33. Semáforo de alarmas de seguridad estructural

Adicional al aviso emitido a las autoridades en los momentos en los que se

alcanzaron valores extraordinarios, se emitieron reportes escritos de los eventos

registrados, además de proporcionar un reporte por día en el que se incluían los

tres eventos de mayor relevancia en el último periodo de 24 horas, para ello fue


28

necesario generar rutinas de post-proceso de los datos en una aplicación, la cual

genera un concentrado de toda la información necesaria para la generación de los

reportes, como magnitudes de aceleración registradas y espectros de frecuencias

(Figura 34).

Figura 34. Interfaz de aplicación para la generación de reportes automáticos

En el apéndice A se muestran algunos reportes de eventos representativos

correspondientes a este conjunto de sensores.

Por otra parte, para el conjunto de sensores de fibra óptica, con el fin de atender

las peticiones de la SDUOP, se elaboraron diariamente reportes de los registros

de las señales. Específicamente, para los reportes de fibra óptica, se realizó un

resumen de 3 días consecutivos por reporte diario, esto con el fin de mostrar el

seguimiento de deformaciones e inclinaciones en el monumento y evidenciar

ciertos efectos como el de la temperatura en los registros (Figura 35).


29

Figura 35. Deformaciones unitarias en extensómetros al centro de arco

durante 72 horas

Debido a lo iterativo de los procesos para la generación de los reportes, se decidió

automatizarlo, utilizando como plataforma principal LabVIEW y vinculándolo a

Excel. En la Figura 36 se muestra un diagrama de flujo con este proceso.

Figura 36. Diagrama de flujo y operación de datos para la generación de los reportes


30

Esta aplicación permite leer la información almacenada en una PC. La caratula de

la aplicación se muestra en la figura 37.

Figura 37. Aplicación de reportes automáticos

El funcionamiento primordial de esta aplicación, es el de un despertador que

diariamente, a una hora específica, genera un resumen diario de todas las señales

registradas de los sensores. Este resumen se genera a partir de los datos

adquiridos con Enlight, de los archivos de 2 minutos se hace un resumen del

promedio de todos los valores, después, conjuntando una hora de esos

resúmenes se vuelve a promediar por horas, para tener un valor típico de esa

hora. Posteriormente rellena la plantilla de Excel y genera el PDF ejecutando

macros desde LabVIEW y guardándolos en algún directorio deseado.

En esta etapa de instrumentación de fibra óptica también se requirió de un enlace

de información de los sensores para una página Web también desarrollada por el

equipo de trabajo. Este enlace consistió en el envío continuo de gráficos al

administrador Web para su publicación en Internet, por lo que se requirió

desarrollar una aplicación que lo haga. Esta aplicación utiliza los resúmenes

generados de dos días anteriores y haciendo un resumen cada hora de los datos

registrados en el día de ejecución generando un historial de los datos que abarcan

48 a 72 horas de los últimos tres días. Teniendo estos resúmenes se grafican y se

exportan al administrador Web. Estas graficas se guardan en el directorio fuente


31

de la página Web que se encuentra en un servidor sobre la misma red de datos

(Figura 38).

Figura 38. Red de datos en sitio de monitoreo

El desarrollo del portal (Figura 39) fue desarrollado en HTML 5, PHP 5 y CSS 3,

cuyos códigos fueron programados en Notepad++. El servidor usa el paquete

xampp, el cual brinda el Servidor Web Apache, el manejador de Base de Datos

MySql y una versión del lenguaje PHP a partir de la 5.


32

Figura 39. Entrada a Página Web desarrollada

Para poder brindar la mayor escalabilidad y mantenimiento, se utiliza el paradigma

de programación Web que se usa para el contenido de la presentación. Esto es,

los archivos HTML contienen la información o los vínculos a la misma, y los

archivos CSS o de hojas de estilo en cascada, contienen los aspectos de

presentación, es decir, colores, formato, efectos, tipografía, dimensión.

Figura 40. Página principal


33

La estructura del sitio se compone básicamente del cuerpo de la página, el

encabezado con el nombre del proyecto, la opción de salir, el pie y un menú

horizontal que contiene todas las secciones del portal Figura 40.

Buscando el mayor apego posible al nuevo estándar de HTML 5, cada página del

sitio se divide en los elementos básicos de la estructura y posterior maquetación:

DOCTYPE, idioma del sitio, header, section, nav, footer.

En la página Web, se brindó información a los usuarios del tipo de equipo que se

empleó para el monitoreo, especificaciones de estos (Figura 41), una galería

fotográfica de los mismos y su instalación y un historial completo de todos los

reportes generados diariamente en la cabina de monitoreo.

Figura 41. Página con la información de los equipos

Durante el monitoreo estructural del acueducto se presentaron eventos en los

cuales las respuestas registradas sobrepasaron las establecidas como máximas

en los criterios marcados por el comité. Entre estos eventos se encuentran las

excavaciones para la colocación del ducto (Figura 42) durante el mes de


34

septiembre, la perforación para micropilotes en las zonas perimetrales a las pilas

del acueducto (Figura 43) y las renivelaciones de los cabezales (Figura 44).

Figura 42. Excavación de zanja para colocación de ducto de concreto en

arco central

Figura 43. Perforación en perímetro de pilas para el colado de micropilotes

de concreto reforzado colado in situ


35

Figura 44. Colado de micropilotes de concreto reforzado


36

37

5 Resultados

Durante el monitoreo estructural continuo de los arcos del acueducto de Querétaro

operado del 20 de agosto de 2012 al 15 de febrero de 2013 se presentaron

eventos en los cuales las respuestas registradas sobrepasaron las establecidas

como máximas en los criterios marcados por el Comité de Monitoreo. Entre estos

eventos se encontraron las excavaciones para la colocación del ducto (Figura

45.a) durante el mes de septiembre, la perforación para micropilotes en las zonas

perimetrales a las pilas del acueducto (Figura 45.b) y las renivelaciones de los

cabezales (Figura 45.c).

(a) (b) (c)

Figura 45. (a) Excavación en arco central, (b) Perforación en pilas, (c)

Renivelación

En la Tabla 5, se presenta un resumen de los casos más críticos con niveles de

aceleración máxima, ocurridos durante la obra y que fueron registrados por el

sistema de monitoreo. Como puede verse, varios de estos eventos sobrepasaron

los límites establecidos, por lo que fue necesario detener las actividades para

revisar los procesos y replantear las acciones a seguir (Figura 46).


38

Tabla 5. Aceleraciones registradas en eventos registrados durante la obra

Fecha Clave Actividad Magnitud (g)

26-ago A1 DEMOLICIÓN DE PAVIMENTO 0.063

28-ago A2 EXCAVACIÓN PARA DREN PLUVIAL 0.062

11-sep A3 PERFORACIÓN PARA PILAS 0.120

17-oct A4 DESCABEZADO DE PILAS 0.130

18-oct A5 COMPACTADO CON RODILLO CARRIL CENTRAL

0.100

22-oct A6 GOLPE DE PLACA SOBRE LOZA DEL PUENTE 0.070

26-oct A7 CORTE CON HILO DIAMANTADO 0.045

02-nov A8 PERFILADO DE PILAS Y DEMOLICIONES 0.095

30-dic A9 DESMONTAJES Y MANIOBRAS CON GRÚA 0.069

14-ene A10 VIBRO COMPACTACIÓN DE CARPETA ASFÁLTICA EN PASO INFERIORORIENTE

0.078

22-ene A11 RETIRO DE CARPERA ASFÁLITCA CON MARTILLO Y EXCAVADORA

0.072

Figura 46. Magnitudes de aceleraciones máximas registradas

De un análisis más detallado de las respuestas dinámicas del acelerómetro

ubicado en el centro del arco ubicando entre las pilas 27 y 28, dirección “y”, se

Resultados

39

revela una variación en las frecuencias naturales de vibrar en el periodo del 15 de

septiembre de 2012 al 16 de enero de 2013, todas ellas de mediciones a las 2 am

que corresponde a la hora de menor actividad de tráfico. El cambio observado en

la frecuencia natural va de 5.25 Hz a 4.75 Hz aproximadamente (Figura 47), lo que

denota una reducción del 5% que puede ser atribuida al cambio en las condiciones

de la cimentación de las pilas, las variaciones de temperatura durante el periodo

observado o a una posible reducción de rigidez. Para establecer con mayor

precisión la causa de esta observación, es necesario realizar más mediciones en

dicho punto y medir las variaciones cíclicas que se presentan en el periodo de un

año, y así, establecer si esto representa un comportamiento cíclico natural de la

estructura o una tendencia de variación constante por causas externas.

Figura 47. Espectros frecuencia amplitud de datos de acelerómetro en arco

central

Por otro lado, a través de los sensores de deformación colocados en los tres arcos

intervenidos, fue posible seguir el comportamiento de este parámetro a lo largo de

las actividades de la obra considerando únicamente las deformaciones por efecto

térmico durante estas actividades (Figura 35). Así, el análisis de este parámetro en

las diversas zonas de los tres arcos instrumentados, permiten conocer el


40

comportamiento de la mampostería que los compone ante el efecto térmico,

observándose correspondencias entre las respuestas de las zonas ante los

gradientes térmicos diarios (Figura 48), lo que puede definir un comportamiento

típico del monumento o “el pulso” de la estructura.

Figura 48. Gradientes de deformación entre sensores de deformación en

centro de arcos

41

6 Conclusiones

De acuerdo con los resultados obtenidos, se comprueba que el sistema de

monitoreo que se instaló en los arcos del acueducto de Querétaro, cumplió

satisfactoriamente con su propósito fundamental, ya que se identificaron eventos

críticos que pusieron en riesgo al monumento histórico, permitiendo que se

tomaran las precauciones necesarias y se realizaran los cambios en los procesos

constructivos para mitigar los efectos potenciales de lo inicialmente detectado.

El sistema desarrollado, por un lado, proporcionó información en tiempo real para

actuación inmediata ante condiciones críticas, pero también, registros históricos

para evaluar el desempeño estructural del monumento durante las distintas etapas

constructivas, al final de la obra misma y para estudios futuros.

El análisis de la información medida es una muestra clara del valor e importancia

que pueden tener los sistemas de monitoreo estructural de monumentos históricos

para su conservación. Esto es un ejemplo de la aplicación del monitoreo

estructural cuyo valor no sólo se da en condiciones especiales, como lo fue la obra

del Gran Paso Acueducto, sino también, en el largo plazo, para identificar

variaciones o deterioro graduales para que puedan ser atendidos a tiempo y lograr

su preservación para futuras generaciones.


42

43

7 Bibliografía

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renaissance palace after 2012 emlia earthquake in northern Italy, The 6th

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of CSHM-3, Ottawa-Gatineau, Canada, 11-13 August 2010.

45

Apéndice A. Criterios de indicadores de monitoreo para la seguridad estructural de acueducto durante el proceso constructivo del gran paso acueducto

Toda instalación de instrumentos de medición en estructuras tiene el objetivo de

registrar el comportamiento de la construcción, a través de aceleraciones,

velocidades, desplazamientos y frecuencias y modos de vibrar, ante acciones

dinámicas extremas como lo son sismos, viento, explosión y operación de equipos

y maquinaria, mediante historias en el tiempo presentadas en gráficas. Otro de los

objetivos de la instrumentación es definir las probables causas de los movimientos

que alteran de manera importante el comportamiento estructural.

En este caso, los dos objetivos descritos arriba deben ser incluidos en los reportes

de instrumentación ya que el acueducto en estudio es patrimonio universal.

1. REQUERIMIENTOS PREVIOS

Para asegurar que se cumplan los objetivos, la compañía encargada de las

mediciones debe entregar, como mínimo, los siguientes reportes, resultados e

interpretaciones a los datos obtenidos.

Antes de iniciar los trabajos de medición el proveedor de la instrumentación debe

presentar y entregar copia de:

1. Características físicas y dinámicas de los equipos que utilizarán (ficha

técnica).

2. Certificado de calibración de los mismos expedido por el fabricante o una

empresa legalmente autorizada para ello.

3. Los arreglos de equipo que se utilizarán en cada etapa de la medición, si

ésta consta de varios periodos o un plan generalizado de arreglo, con la

explicación del motivo de ubicación para cada equipo.

4. Protección a los equipos, cuando se requiera, para evitar contaminación

accidental de las señales.


46

En este caso, es necesario colocar un equipo en cada base y parte superior de las

cuatro pilastras que serán afectadas por los anillos confinantes, que puedan medir

triaxialmente la respuesta dinámica de cada elemento o equipos equivalentes.

Durante la etapa de trabajos de la obra, para cada evento y para cada dirección de

medición, el proveedor deberá entregar en formato gráfico y numérico:

1. Las respuestas máximas encontradas (aceleraciones, velocidades y

desplazamientos) en ventanas de tiempo adecuadas, para que la

información pueda ser fácilmente interpretada (se sugieren ventanas de 3

min).

2. Las 5 primeras frecuencias características.

3. La causa probable de los picos presentados en la respuesta.

Se entenderá por evento a la perforación para la construcción de una pila, la

demolición de muros existentes, el desplazamiento o paso de maquinaria o

camiones pesados o cualquier otra causa de movimientos perceptibles en la base

que generen picos significativos en la respuesta.

Se deberá proveer, previo consentimiento de la dirección del proyecto, de un

sistema de semáforo automatizado de disparo, que active una alarma inmediata

en la dirección de la obra y en al menos otra oficina clave, en caso de que el

semáforo alcance el protocolo AMARILLO o ROJO en cualquier aparato de

medición.

2. PARÁMETROS

2.1 ACELERACIÓN NORMALIZADA CON LA GRAVEDAD

Semáforo Límite inferior Límite

superior

Observaciones

VERDE 0.030 g

AMARILLO Mayor a 0.030 0.060 Frecuencia menor o igual a 30 Hz,

velocidad máx= 3 mm/seg

ROJO Mayor a 0.060 Frecuencia mayor de 30 Hz y

menor a 60 Hz, velocidad

máx=4mm/seg


47

2.2 DESPLAZAMIENTO. En la parte superior de cada pilastra (mm)


superior

Observaciones

VERDE 0.025 mm De la información correspondiente

a los instrumentos ubicados en la

parte superior de cada pilastra

AMARILLO Mayor a 0.025

mm

0.0508 mm De la información correspondiente



ROJO Mayor a 0.0508

mm

De la información correspondiente



2.3 DESPLAZAMIENTO. En el centro de cada arcada (mm)


superior

Observaciones

VERDE 0.025 mm De la información correspondiente



AMARILLO Mayor a 0.025

mm

0.0508 mm De la información correspondiente



ROJO Mayor a 0.0508

mm

De la información correspondiente



3. PROTOCOLOS

Los protocolos se iniciarán cuando se presente cualquiera de los eventos

establecidos, ya sea en las pilastras o en el centro de cada arcada.

3.1 SEMÁFORO VERDE

1. Trabajo normal.

2. Monitoreo proporciona información en forma gráfica y numérica programada

normalmente diaria referente a:


48

a) Desplazamiento

b) Velocidad

c) Aceleración

d) Frecuencia

e) Croquis de ubicación de sensores

3.2 SEMÁFORO AMARILLO

1. Monitoreo informa en forma inmediata a la Dirección Externa de la Obra del

evento presentado.

2. Monitoreo proporciona en forma inmediata la siguiente información tanto

gráfica como numéricamente:

a) Localización del evento

b) Duración del evento

c) Desplazamiento

d) Velocidad

e) Aceleración

f) Frecuencia

g) Croquis de ubicación de sensores

3. A juicio de la Dirección Externa de Obra se analizará si se continúa con el

proceso constructivo o se modifica en alguno de sus frentes de ataque.

4. En caso de que las velocidades sean mayores de las indicadas en la Tabla

3.1, la Dirección de Obra convocará inmediatamente a una reunión del

comité para evaluación del análisis del evento presentado del

procedimiento constructivo.

5. La dirección de obra informa inmediatamente en forma simultánea:


49

a) Comité de monitoreo y asesores

b) Sub Secretario de Proyectos y Construcción

6. El comité evalúa la continuidad del procedimiento constructivo y/o

correcciones al

3.3 SEMÁFORO ROJO

1. Monitoreo informa de manera inmediata a la Dirección Externa de la Obra

del evento presentado.

2. Monitoreo proporciona inmediatamente la siguiente información tanto

gráfica y numéricamente:

a) Localización del evento

b) Duración del evento

c) Desplazamiento

d) Velocidad

e) Aceleración

f) Frecuencia

g) Croquis de ubicación de sensores

3. La Dirección Externa de Obra suspende totalmente el proceso constructivo

que implique equipo pesado.

4. La dirección de obra informa inmediatamente en forma simultánea a:

a) Comité de monitoreo y asesores

b) Sub Secretario de Proyectos y Construcción

c) Secretario de la SDUOP

5. El comité se reunirá inmediatamente para evaluación de los procedimientos

constructivos y análisis del evento presentado.

6. El comité evalúa la continuidad del procedimiento constructivo y/o

correcciones al mismo, en su caso.


50

El presente documento se deberá complementar y actualizar con la información y

el comportamiento de la estructura del acueducto y del complemento de la

instrumentación e información de monitoreo.

COMITÉ DE MONITOREO LOS ARCOS

Carretera Querétaro-Galindo km 12+000 CP 76700, Sanfandila Pedro Escobedo, Querétaro, México Tel +52 (442) 216 9777 ext. 2610 Fax +52 (442) 216 9671

[email protected]

http://www.imt.mx/

mailto:[email protected]

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